초음속 전투기 이것만 해결하면 '절반의 성공'

양낙규 기자

 

항공기의 속도는 음속을 기준으로 나타낸다. 비행속도와 소리속도가 같을 경우 마하(Mach)1이라고 한다.

이를 기준으로 마하 1이상인 경우에는 초음속(Supersonic), 마하 5이상인 경우를 극초음속(Hypersonic)으로 분류한다.

 

소리는 영상 15℃의 온도에서 1초에 약 340m를 가는데 이는 1km떨어진 곳에서 나는 소리를 약 3초 후에 듣게 된다는 의미를 뜻한다. 시속으로 환산하면 1225km/h이다. 초음속을 나타내는 단위인 마하는 오스트리아의 에른스트 마하(Ernst Mach)의 이름을 따서 붙인 단위다.

전투기가 음속을 돌파하려면 일반 비행때보다 몇 배의 연료가 필요하다. 또 '소리의 벽'이라는 장애를 극복해야한다. 항공기의 속도가 음속에 가까워지면 기수와 날개 앞쪽에 공기가 압축돼 '충격파'라는 것이 발생해 양력이 줄어들거나 심한 진동이 일어난다. 비행기가 못 견디고 비행도중 추락할 수 도 있다.

항공기가 음속의 속도를 내게 되면 '소리의 벽'에 부딪히면서 '쾅'하는 소리와 함께 충격파가 발생한다. 전투기가 앞으로 전진하면 전투기의 속도가 소리의 속도와 같게 되고 공기의 파동이 전투기로부터 멀어져갈 틈이 생기지 않게 돼 전투기와 소리가 함께 나가는 것이다.

이 압축된 공기덩어리를 바로 '소리의 벽'이라고 부르며 한때는 이 벽을 깨는 것은 불가능하다고 여긴 적도 있었다. 이론적으로는 이미 1930년부터 마하 5이상인 극초음속항공기를 설계한 자료는 존재했다.

 

1945년 2차 세계대전 중 독일은 비밀 무기연구의 일부로 대서양을 건너 미국을 폭격하기 위한 극초음속 항공기에 대한 모형 개발을 시도했다. 하지만 기술력에 한계가 있어 실패하고 만다. 지상의 시험장, 추진기관, 재료 기술 등의 한계로 실용적인 개발을 진행하기 힘들었다.

미군은 현재 지구상의 어느 곳이든 본토로부터 2시간 내에 공격탄두를 운반할 수 있는 극초음속 항공기개발을 진행하고 있다. 미국 항공우주국 NASA는 1959년부터 하이퍼 X(Hyper X)라는 극초음속기 연구개발 프로젝트를 진행 중이다.

이 프로젝트를 통해 스크램제트(Scramjet)라는 제트엔진과 로켓엔진의 중간 형태인 고성능 추진기관을 개발해 극초음속 능력을 확보했다. 현재 비행시험에 사용되는 항공기는 X-43으로 명명돼 2001년의 시험실패를 시작으로 2004년 3월에는 마하 7의 속도를 냈다.

 

또 같은 해 11월에는 마하 9.8의 속도를 내는 비행시험에 성공했다. 올해는 마하 10의 속도를 갖고 지상 이착륙을 할 수 있는 기능을 갖출 것으로 예상하고 있다.